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計算機高速數(shù)字電路設計技術發(fā)展

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計算機高速數(shù)字電路設計技術發(fā)展

現(xiàn)階段,微電子技術發(fā)展速度較快,高速電子電路器件的應用技術也逐漸趨于成熟,高速數(shù)字電路設計的應用也越來越廣泛。目前,高速數(shù)字電路設計正實現(xiàn)不斷發(fā)展,但是一些理論還不成熟。目前我國高速數(shù)字電路設計取得了一定的發(fā)展,然而大多注重于理論,而缺少實踐經(jīng)驗。因此,研究高速電路設計的各個方面,借此促進有關技術人員對高速電路設計的了解,從而有效推動實踐工程的實施,對我國高速數(shù)字電路設計技術的發(fā)展具有積極的影響。

1高速數(shù)字電路的概念

高速數(shù)字電路是一種具有模擬特性作用的電路,主要由電路中高速變化的信號產(chǎn)生的電容、電感等所形成,集中參數(shù)系統(tǒng)以及分布參數(shù)系統(tǒng)是高速數(shù)字電路中最主要的兩個部分。其中,集中參數(shù)系統(tǒng)簡化了低速數(shù)字電路設計,使其保持理想狀態(tài),因此在高速數(shù)字電路技術中,集中參數(shù)系統(tǒng)并不適用,但是其卻適用于低速數(shù)字電路設計。一般來說,信號特性的改變主要由兩大因素造成,包括信號時間、信號的位置,因此元器件間的線路長度會對信號的特性產(chǎn)生直接影響,并且,線路中信號的傳輸并不具備實時性。

2高速數(shù)字電路設計技術發(fā)展目前存在的問題

信號質(zhì)量在高速數(shù)字電路設計中的作用十分重要,如果信號的質(zhì)量無法得到保證,將會造成信號失真的情況,對生成正確地址、數(shù)據(jù)和控制信號產(chǎn)生不利影響,從而阻礙了系統(tǒng)的正常運轉。對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素主要有:第一,系統(tǒng)中信號傳輸線位置上具有不相匹配的阻抗,反射噪聲的產(chǎn)生較為常見,將對信號的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響;第二,印刷板位置的電路密集度與信號線間的距離是呈反比例的關系,信號線間距離的減小使其電磁耦合變大,產(chǎn)生較大的影響,使信號間的串擾更加嚴重;第三,芯片電路在運行時,附加在電源上的電阻及電感會影響其工作,造成大感應電流的產(chǎn)生,使電源線及地線上電壓無法保持穩(wěn)定,進而產(chǎn)生嚴重的波動現(xiàn)象。總而言之,克服影響信號質(zhì)量的有關因素,使高速數(shù)字電路信號質(zhì)量得到提高,從而進行科學的電路設計已經(jīng)成為目前高速數(shù)字電路設計中的重要研究對象。

3高速數(shù)字電路設計技術發(fā)展的相關措施

3.1對高速數(shù)字電路信號質(zhì)量的研究

高速數(shù)字電路信號質(zhì)量的設計包括反射研究以及干擾研究兩大方面,即研究各種信號在電路信號網(wǎng)中所產(chǎn)生的干擾,以及研究各種電路信號網(wǎng)傳輸信號的干擾,受電路中不同匹配的阻抗因素等影響,在低速數(shù)字電路設計中不需考慮反射這一因素。數(shù)字電路網(wǎng)在理想狀態(tài)下,其不同阻抗之間能夠相互匹配,并表現(xiàn)出較為明顯的連續(xù)性,因此線路的電壓和電流中無發(fā)射現(xiàn)象的產(chǎn)生。數(shù)字電路的設計過程中,不匹配的阻抗會影響電路傳播的波形,從而形成干擾,破壞信號完整性。在高速數(shù)字電路的設計中,使電路和臨界阻抗相匹配存在較大的困難,所以使系統(tǒng)穩(wěn)定在過阻的狀態(tài),該方法具有較高的可行性。高速數(shù)字電路設計中,感性串擾是應最先考慮的問題。按照有關理論可知,電路中的電流是循環(huán)流動的,并且其已經(jīng)成為一種狀態(tài),然而其被大部分數(shù)字電路設計人員忽略。信號的路線構成電流環(huán)路,電流環(huán)路能夠影響電路中的電感,其中的電流同樣也受電磁場的影響而發(fā)生相應的變化。設計者應使電路中的電流環(huán)路盡可能減少,從而使感性串擾得到明顯控制,設計高速數(shù)字電路,一般能夠采用兩種策略來實行,也就是增加線路距離或者減小電流環(huán)路面積,從而保證高速數(shù)字電路信號的完整性,提高電路信號的質(zhì)量。

3.2對高速數(shù)字電路電源進行設計

在高速數(shù)字電路的設計中,低電壓元器件是其中必不可少的因素,其一定程度上影響到電源的穩(wěn)定性。電源的穩(wěn)定性,其是指電源的波形質(zhì)量。高速數(shù)字電路設計中,線路器件在某種情況下將產(chǎn)生感應電流,并且電流量較大,此外數(shù)字電路也將產(chǎn)生較大的信號回路阻抗,主要由電感強度過大導致。以上因素均會對電源的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。電壓系統(tǒng)零阻抗是高速數(shù)字電路設計的理想狀態(tài),因為信號回路的阻抗損耗可以忽略不計,電源系統(tǒng)各位置的電位也不容易發(fā)生變化。但是,理想狀態(tài)在現(xiàn)實中并不存在,電源分配系統(tǒng)一定會產(chǎn)生噪聲干擾,從而影響電路的正常運行。設計人員應充分考慮電源的電阻、電感等可能帶來的影響進行高速數(shù)字電路設計,使電阻和電感保持較低的狀態(tài)。就目前而言,銅質(zhì)材料在電路系統(tǒng)中的使用較為普遍,其遠不符合高速數(shù)字電路設計的需要,所以高速數(shù)字電路的設計還應考慮其他可能產(chǎn)生影響的因素,其中,在電路中使用去耦電容就是一個切實可行的辦法。

4結語

總而言之,高速數(shù)字電路設計技術在科學技術發(fā)展迅速的今天已經(jīng)越來越成熟,其在電路設計中扮演著不可或缺的角色。高速數(shù)字電路設計的發(fā)展,對許多行業(yè)的發(fā)展具有積極的促進作用。然而,目前高速數(shù)字電路設計暫且存在一定的局限性,需要開展相關研究加以解決。本文闡述了目前高速數(shù)字電路設計存在的問題,并且提出一些具有針對性的改進策略。今后高速數(shù)字電路設計技術的發(fā)展必將給社會帶來更多的效益,包括經(jīng)濟等方面的效益。

作者:周瑩 單位:江蘇自動化研究所